具有温度传感装置的MOSFET制造方法及图纸

一种晶体管（１），具有集成在晶体管中的ＦＥＴ（２）和温度传感二极管（４）。栅极驱动电路（１２）被设置成断开ＦＥＴ（２），因而在这种情形下偏置电路（１４）驱动恒电流流过二极管（４）。通过电压传感器（１５）测量二极管（４）两端的电压，提供对ＦＥＴ温度值的测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及场效应晶体管(FET)，尤其涉及具有传感装置的FET。技术背景为保护器件或电路免出故障，场效应晶体管(FET)如金属氧化物半 导体FET (MOSFET)可包含温度传感元件以检测温度波动。可将这种温度传感元件集成在公共衬底以便更快速地检测 MOSFET的波动。实事上可集成元件构成MOSFET。例如，US 2003/0210507描述了一种MOS电路结构的温度传感器，实现成MOS晶 体管的栅极，其中晶体管的栅极配置成具有栅极输入和栅极输出的两端 网络，通过测量栅极两端的压降能够原位确定温度。此外，使用半导体二极管作为热耦合的温度传感元件是已知技术。 US-A-5，100,829描述一种包含衬底温度传感元件的MOSFET器件。通过 在(栅极)介电区上构成PN结，可在仍与衬底电隔离的同时提高对衬底温 度变化的热响应。然而，这种附加的温度传感端会使MOSFET难以集成在现有的电 路中。这种MOSFET需要附加电路。
技术实现思路
按照本专利技术的第一方面，提供一种晶体管电路，包括具有源极、栅极和漏极的场效应晶体管器件； 连接在FET的栅极和源极之间的温度传感二极管，二极管阴极与 FET的栅极连接，二极管阳极与FET的源极连接；当FET断开时，FET的栅极驱动电路被设置成对FET栅极施加负 偏置；以及 置时，连接在各个FET的栅极和源极间的 传感器用以测量表示FET温度的参数。当FET处于断开条件时，栅极驱动电路可包括恒流源以形成流过二 极管的正向电流。从而，传感器可包括电压传感装置以测量FET的与温 度相关的栅极一源极电压，从而确定FET温度。温度传感二极管可位于各个FET衬底的栅极键合焊盘区内部以最 小化牺牲有源区的需要。在一个实施例中，晶体管电路可包括具有连接在每个FET的栅极和 源极之间的温度传感二极管的多个FET，二极管阴极与FET的栅极相连， 同时二极管阳极与FET的源极相连，其中连接在各个FET的栅极和源 极之间的传感器用以测量表示FET温度的参数，当FET断开时栅极驱 动电路被设置成对各个FET栅极施加负偏置。晶体管电路可进一步设置成FET并联以驱动电路负载，并且栅极驱 动电路交替地断开各个FET。按照这种方式，在维持仍然导通的并联器 件的总电流流过时，可选通(strobed)单个FET栅极驱动以便监 控所有的FET温度。本专利技术还涉及器件本身。按照本专利技术的第二方面，提供一种晶体管 器件，包括在衬底上的具有源极、栅极和漏极的场效应；衬底第一主表面上的 栅极键合焊盘；以及在栅极键合焊盘下至少有一个温度传感二极管，该温度传感二极管 被电连接在FET的栅极和源极之间，该温度传感二极管或各个温度传感 二极管取向成二极管阴极连接到FET栅极且二极管阳极连接到FET源 极。通过在栅极键合焊盘下设置该二极管，尽管存在二极管，但仍可维 持FET的有源区。当二极管正向偏置时，二极管提供温度传感功能。在FET处于断开 条件时，通过对FET栅极管脚施加负偏置，连接在FET的栅极和源极 之间的传感器可测量表示FET温度的参数。温度传感二极管可以是齐纳二极管。这也可以用作静电释放(ESD)保护元件，通过设置一个路径，将潜在损害的ESD电荷冲击从灵敏的 FET器件转移离开。栅极键合焊盘可以定位在与FET的有源区紧密热连接(thermally link)的MOSFET区域中并紧密热接触(thermal contact)。结构的热惯 性(thermal inertia)可实现快速响应。实现该功能的方法是在由FET围 绕的第一主表面的区域提供栅极键合焊盘，以便于栅极键合焊盘与FET 的所有侧面热连接。该区域还可以是FET运行时最热的区域，以便在最 热的区域传感温度，从而提高快速检测过热的能力。该器件可封装在具有栅极端、源极端和漏极端正好三端的管壳中。 这种封装一般用于功率电路，因而按照现有的或新的设计不需要附加设 计即可实现晶体管器件。现有的具有温度传感功能的MOSFET器件除了需要标准MOSFET 端子外，还需要单独的封装管脚。本专利技术提供了只有三个端子的具有温 度传感功能的MOSFET器件，因而节省了成本。按照本专利技术的第三方面，提供了一种监控FET温度的方法，该FET 具有连接在FET的栅极和源极之间的温度传感二极管，二极管阴极被连 接在FET的栅极，二极管阳极被连接在FET的源极，该方法包括a. 控制FET的栅极以断开FET;b. 当FET断开时，对FET栅极施加负偏置；c. 当施加负偏置时，确定表示FET温度的参数值；d. 控制已断开的FET的栅极，再次导通FET。 该方法可能进一步包括确定FET温度是否高于预定的目标值，并且如果高于目标值，控制FET的栅极保持FET断开，直到FET温度降低 到预定目标值。在实施例中，可将多个FET设置成并联，并且控制FET栅极以交替地 断开FET。此外，在维持总电流的同时，热量不均匀的器件可能停止 (rest，，)。目前,为了允许并联MOSFET之间的变化，必须包括额外的能力以 允许最差的条件，这会导致需要额外的成本和空间。使用集成的温度传 感特征以实现主动的(active)热平衡将会节省成本。这种主动耗散对于恒定的过热风险允许节省有源面积，对于恒定的有源面积则允许降低过 热的风险。附图说明为了更好地理解本专利技术，只按照示例的方式，参考附图说明各实施 例，其中-图1显示按照本专利技术晶体管器件的第一实施例； 图2显示第一实施例中晶体管器件的侧视图； 图3显示第一实施例中晶体管器件的顶视图； 图4显示按照本专利技术的第二实施例电路的电路图； 图5显示按照本专利技术的第三实施例电路的电路图； 图6显示在图5中所显示电路的栅极驱动波形。具体实施方式参照图1-3，图1示意性地示出具有温度传感装置的晶体管器件。 图2和3在顶视图和侧视图中显示半导体衬底。场效应晶体管(FET) 2晶体管区域被设置在半导体衬底3上，已知 定义源极、栅极和漏极区域的场效应晶体管区域2。可使用任何适当的 晶体管FET结构，包括水平结构和垂直结构。齐纳二极管4电连接在FET 2的栅极和源极之间，二极管阴极与 FET2的栅极连接，同时二极管阳极与FET2的源极连接，如图1所示。虽然图中显示的是单个二极管4，但是可代替使用沿同一方向取向 的串联的多个二极管。在图2和图3中显示空间设置，其中在衬底3上的第一主表面7上 提供栅极键合焊盘5和焊线9。为使牺牲有源区的需求最小化，温度传 感齐纳二极管4在FET2的栅极键合焊盘5下面。可按照传统的半导体 工艺技术用多晶硅成形二极管4并与FET2绝缘。由于二极管4要被连 接在栅极和源极之间，栅极键合焊盘下的位置使二极管4的阴极易于连 接栅极，并且源极金属层可形阳极与源极的连接。如图3所示，为了实现较好的热耦合，栅极键合焊盘位于由FET晶体管区域2围绕的第一主表面上的区域中。这样典型地，在栅极键合焊 盘5下面的齐纳二极管4可与FET区域紧密热连接。二极管结构也优选地有较低的热惯性。注意栅极键合焊盘不必在衬 底3的中心。图3还显示了进一步的接触，例如FET晶体管区域的源极 接触。当齐纳二极管4处于正向偏置时可提供温度传感功能。当FET2处 于断开条件时，通过使恒定的正向电流流过齐纳二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管器件（１），包括：衬底（３）上的具有源极、栅极和漏极的场效应晶体管（ＦＥＴ）（２）；衬底第一主表面（７）上的栅极键合焊盘（５）；以及栅极键合焊盘（５）下面的至少一个温度传感二极管（４），所述温度传感二极管（ ４）电连接在ＦＥＴ（２）的栅极和源极之间，该温度传感二极管（４）或每一个温度传感二极管（４）取向成二极管阴极与ＦＥＴ的栅极连接和二极管阳极与ＦＥＴ的源极连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2005-3-15 05102032.91.一种晶体管器件(1)，包括衬底(3)上的具有源极、栅极和漏极的场效应晶体管(FET)(2)；衬底第一主表面(7)上的栅极键合焊盘(5)；以及栅极键合焊盘(5)下面的至少一个温度传感二极管(4)，所述温度传感二极管(4)电连接在FET(2)的栅极和源极之间，该温度传感二极管(4)或每一个温度传感二极管(4)取向成二极管阴极与FET的栅极连接和二极管阳极与FET的源极连接。2. 根据权利要求1的晶体管器件，其中所述温度传感二极管(4)是齐 纳二极管。3. 根据权利要求1或2的晶体管器件，其中栅极键合焊盘(5)位于由 FET(2)围绕的第一主表面(7)的区域内。4. 一种晶体管电路，包括晶体管器件(l)，包含具有源极、栅极和漏极的场效应晶体管(FET) (2) 和连接在FET的栅极和源极之间的温度传感二极管(4)， 二极管(4)阴极 与FET的栅极连接，二极管阳极与FET的源极连接；偏置电路(14)，被设置成当FET(2)断开时对FET栅极施加负偏置；以及连接在FET(2)的栅极和源极之间的传感器(21)，测量表示FET(2) 的温度的参数。5. 根据权利要求4的晶体管电路，其中栅极驱动电路(12)包括恒 电流源，并且传感器是电压传感器。6. 根据权利要求4或5的晶体管电路，其中温度传感二极管(4)在 FET(2)的栅极键合焊盘(5)下面。7. 根据权利要求4至6中任一项的晶体管电路，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：基思赫彭斯托尔，亚当布朗，艾德里安高，伊恩肯尼迪，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]